机器人自主充电系统和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及机器人充电技术领域，尤其涉及一种机器人自主充电系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着自动化技术不断提高,人们对生活设施自动化,智能化的需求越来越高。近年各种生活服务类的机器人如雨后春笋一样涌现到市场中，清扫机器人、导游机器人、咨询机器人等。这些机器人具有一些共同特点，比如活动范围小且固定，电池续航能力差等。于是自动充电技术应运而生，在机器人电量不足时，通过某种方式引导机器人自行走到充电站，完成充电后再自动开始工作。这就免去了频繁手动充电的需求。
[0003]现有技术中，用于室内导航的方式主要有激光导航、超声波探测、红外线引导、视觉引导和地图检索方式。其中激光导航由于激光的光束集中特性，直线对准的准确性最高。但是激光不适用于大角度范围内的引导，只适合最后阶段的辅助对接校准。且激光装置的成本较高。超声波测距技术在现阶段应用很广泛，技术成熟度较高，但是超声波覆盖范围大，角度性不好，比较适合远距离的大致方向的引导。视觉引导和地图检索方式都是新兴起来的技术，技术不够成熟，成本较高，且对软件算法和数据库方面的设计要求很高。红外线引导没有超声波远，但是方向性比超声波好。同时方向性不如激光，但是可用于大角度的引导。所以在实际应用中，多是两个或多个配合。比如市面上销售的夏普清洁机器人，使用超声波进行远距离弓I导，到达充电站附近时使用红外线引导。
[0004]现阶段红外线引导技术基本都是以红外发射角度为理想扇形为模型，未能充分考虑红外发射角度的变化以及发射角度边缘的信号波动情况。所以是有现有技术制造的机器人在自动充电引导过程中成功率较低，需要多次尝试和调整，甚至会出现机器人离充电站很近却一直无法完成引导。有些技术使用红外测距技术，根据接收到的回波相位测试距离，这种方法接收强度易受外界干扰，且能判断相位差的设备成本。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种机器人自主充电系统。
[0006]一种机器人自主充电系统,包括:
[0007]红外发射管，为单个红外发射管，用于发射红外线；
[0008]安装于机器人前方和后方的红外接收管，用于接收所述红外线；
[0009]DSP控制器，信号连接于所述红外接收管，用于接收所述红外线，并对所述红外线进行处理，识别所述机器人所在区域；
[0010]边缘引导模块，信号连接于所述DSP控制器，用于引导所述机器人沿所述红外发射管的发射范围靠近充电站；
[0011]角度补偿模块，信号连接于所述边缘引导模块，用于通过角度补偿使所述机器人正对所述充电站；
[0012]充电模块，包括充电头和充电站，所述充电站包括插座，所述充电头安装于所述机器人上，通过将所述充电头插入所述插座实现对所述机器人的充电。
[0013]优选地，所述红外发射管的发射角度为30°，最大发射距离为6.6m。
[0014]优选地，所述红外接收管为四个，所述红外接收管的最大接收角度为90°，所述机器人的正前方安装有接收器A和接收器B，所述机器人的后方安装有接收器C和接收器D。
[0015]优选地，所述接收器A和接收器B之间的距离小于所述接收器C和接收器D之间的距离。
[0016]优选地，所述DSP控制器以周期t对接收的红外信号进行采样，采到一次低电平或高电平，计数一次，当计数值到达设定值时，判定所述机器人处于信号范围内。
[0017]优选地，所述充电站还包括挡板、铰链、弹簧柱及金属弹片，所述挡板连接地线，其一端通过所述铰链连接于所述充电站，所述金属弹片设于所述插座内部，非充电状态下所述弹簧柱抵持所述挡板使所述插座处于封闭状态；当所述充电头插入时，所述挡板被所述充电头推开，并使所述金属弹片发生形变开始充电。
[0018]优选地，所述充电头包括圆柱形接头、绝缘橡胶及地线，充电时所述圆柱形接头推开所述挡板，并接触所述金属弹片使所述金属弹片发生形变，所述挡板在所述弹簧柱的作用下会紧压所述充电头的地线。
[0019]另外，本发明还提供了一种机器人自主充电对接方法，包括下述步骤:
[0020]红外发射管发射红外线；
[0021]安装于机器人前方和后方的红外接收管接收所述红外线；
[0022]DSP控制器接收所述红外线，并对所述红外线进行处理，识别所述机器人所在区域；
[0023]边缘引导模块引导所述机器人沿所述红外发射管的发射范围靠近充电站；
[0024]角度补偿模块通过角度补偿使所述机器人正对所述充电站；
[0025]所述充电头插入所述插座实现对所述机器人的充电。
[0026]优选地，DSP控制器接收所述红外线，并对所述红外线进行处理，识别所述机器人所在区域，具体为:所述DSP控制器以周期t对接收的红外信号进行采样，采到一次低电平或高电平，计数一次，当计数值到达设定值时，判定所述机器人处于信号范围内，其中t为Ims,设定值为4。
[0027]优选地，边缘引导模块引导所述机器人沿所述红外发射管的发射范围靠近充电站，包括下述步骤:
[0028]当所述机器人从外面进入所述红外发射管的发射范围内，所述机器人通过调整自身行进方向和距离，使安装于机器人前方的红外接收管接收到红外信号直至通过所述机器人上的避障功能模块探测接近所述充电站。
[0029]优选地，当所述机器人处于发射范围之内，所述机器人后方的接收器接收到信号，通过所述调整自身行进方向和距离，使安装于机器人前方的红外接收管接收到红外信号直至通过所述机器人上的避障功能模块探测接近所述充电站。
[0030]优选地，角度补偿模块通过角度补偿使所述机器人正对所述充电站，包括下述步骤:
[0031]通过判断所述机器人靠近所述充电站的方向，调整所述机器人的行进路径对所述机器人进行角度补偿使所述机器人正对所述充电站。
[0032]本发明上述实施例提供了一种机器人自主充电系统和方法，通过使用单个红外发射管发射红外信号，巧妙的利用红外发射范围的边缘特性，辅以角度补偿策略完全实现对机器人的对接引导。因为每个红外发射管的边缘角度特性都略有不同，使用过程中只需第一次手动操作测量发射范围在发射点的切线角度即可。即使外界干扰造成靠近角度有偏差，也可以通过角度补偿策略保证充电头在充电插座范围之内。插入角度的偏差可以通过充电站的机械结构来兼容。
[0033]另外，本发明中的边缘引导策略简单易行，可适用于各种类型的红外发射管与红外接收管。本发明中机器人基本是沿发射范围边界靠近充电站，相对于传统的“Z”字型行走方法，边缘引导所走路径要小得多，靠近充电站所用时间要少得多，而且不易丢失信号，极大的提闻了引导效率。
[0034]此外，本发明使用价格低廉的红外发射管，所使用红外接收管也是没有红外回波测试功能，整体成本很低，同时引导与对接精准性很高，非常适合应用在民用智能机器人上，比如清扫机器人，导游机器人等。
【附图说明】
[0035]图1为机器人自主充电系统的结构示意图；
[0036]图2为红